la corrosion des armatures des bétons armés et

LA CORROSION
DES ARMATURES DES BÉTONS
ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
teCHnoLoGie | NOVEMBRE 2008
f2
BB/SfB
(L)
DeSCriPtion
Prévention
eXeMPLeS De CALCUL De L’éPAiSSeUr D’enroBAGe
La corrosion regroupe l’ensemble des phénomènes chimiques et électrochimiques constituant
la détérioration de matériaux, en général métalliques, sous l’action du milieu environnant. Il
est bien connu que l’acier se dissout en présence d’eau et de nombreuses solutions aqueuses
non oxydantes. Cette corrosion est très vive dans les solutions acides et diminue d’intensité
au fur et à mesure que le pH de la solution augmente, et devient pratiquemment nulle aux
pH voisins de 9 à 13. Pour des pH très élevés, supérieurs à environ 13, les solutions peuvent à
nouveau être corrodantes.
Une armature dans un béton est protégée par celui-ci tant que le pH reste à une valeur comprise
entre 9 et 13. Dans le cas contraire, comme pour un béton carbonaté, la dissolution de l’acier est
susceptible de fissurer ou de faire éclater le béton d’enrobage si l’épaisseur ou la qualité de ce
dernier n’est pas suffisante.
Il s’agit du défaut de durabilité le plus répandu du béton alors que les causes et les moyens
de prévention en sont simples et parfaitement connus. Les réparations des dégradations sont
toujours délicates et dispendieuses alors que le coût de la durabilité en la matière est négligeable
lorsque les mesures sont prises dans les phases de conception, de réalisation et de contrôle du
ferraillage des bétons armés et précontraints.
1. DeSCriPtion
Lorsqu’une armature est placée dans le béton frais, on obtient une combinaison de matériaux
favorable à la durabilité. En fait, le béton, grâce à son pH élevé, protège l’acier de sa tendance
naturelle à la dégradation en présence d’humidité. La tendance naturelle de l’acier est de se
dissoudre dans l’eau. Il s’y produit une oxydation à un endroit (Fe → Fen+ + ne-) de l’élément
métallique et une réduction à un autre endroit (O2 + 2H2O + 4e- → 4OH- en présence d’oxygène
et 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 en l’absence d’oxygène). Entre ces 2 endroits, naît une différence de
potentiel électrique qui agit comme force motrice. Si les produits formés étaient progressivement
éliminés, le processus conduirait à la dissolution complète de l’acier. Heureusement, dans le cas de
l’armature entourée par du béton, il y a passivation de l’acier : il s’agit de la création d’une couche
protectrice par le dépôt d’oxydes stables. En effet, les réactions principales d’oxydoréduction sont
suivies de réactions secondaires de formation des produits de corrosion à la surface du métal :
Fen+ + 2OH- → Fe(OH)n
2Fe(OH)n ↔ FexOy + H2O
Les oxydes Fe3O4 et Fe2O3 formés à la surface de l’armature ont pour effet de freiner les réactions
de dissolution par un effet d’«écran». Ceci se produit pour autant que ces produits soient stables.
Ils sont d’autant plus stables qu’ils sont entourés d’hydroxydes – en l’occurrence le Ca(OH)2 du
béton – et que le béton sert d’écran aux autres éléments agressifs de l’environnement (ion Cl-…).
Nous nous trouvons, ici, avec un béton dont le pH est nettement supérieur à 9.
La corrosion des armatures survient lorsque la protection assurée par le béton n’est plus efficace.
Ceci se produit dans les deux cas suivants :
• Lorsque le béton qui recouvre l’armature a été carbonaté (réaction du CO2 de l’air avec le Ca(OH)2 du
béton ⇒ formation de CaCO3 et baisse du pH à une valeur inférieure à 9), la stabilité de l’écran n’est
plus assurée et la dissolution du fer peut se produire. Cette dissolution du fer conduit à la formation
de produits de corrosion (rouille) beaucoup plus volumineux que le volume initial de fer. Il en résulte
une expansion et un éclatement du béton. L’élimination physique de la couche de protection en
béton conduit à un accroissement de la vitesse de corrosion de l’armature.
• Lorsque des ions agressifs (comme des chlorures) ont traversé l’épaisseur du béton d’enrobage et
entrent en contact avec l’armature.
Ces 2 phénomènes responsables de la corrosion des armatures sont expliqués plus en détail ci-après.
DIAgRAMME DE POURBAIX
du système Fe-H2O à 25 °C
Dans un béton sain (pH de l’ordre de 13 et
température de 25 °C), les armatures sont
dans un état électrochimique qui empêche
la corrosion (immunité ou création d’un film
passif). Si le pH descend en dessous d’une
valeur limite d’environ 9, la corrosion peut se
déclencher selon le potentiel. Un béton sain est
donc un milieu protecteur pour les armatures
en acier, toute baisse de pH significative va
rendre possible une corrosion des aciers.
3 Technologie | lA coRRoSion DeS ARMATUReS DeS BÉTonS ARMÉS eT PRÉconTRAinTS
1.1. La corrosion initiée
par la carbonatation
a. Processus de carbonatation
(phase d’initiation)
La réaction du dioxyde de carbone (CO2) issu
de l’air avec les substances alcalines du béton
s’appelle la carbonatation. La combinaison
du dioxyde de carbone avec l’hydroxyde de
calcium -l’hydroxyde de calcium encore appelé
portlandite est formé lors des réactions d’hydratation du ciment- donne lieu à un carbonate de
calcium, comme le montre la réaction ci-après :
HO
2
Ca(OH)2 + CO2 →
CaCO3 + H2O
Cette réaction ne se déroule qu’en milieu
aqueux (figure 1). D’abord, il faut que le dioxyde
de carbone se dissolve dans l’eau des pores, ce
qui entraîne une chute du pH (d’environ 13 à 9).
Par cette chute de pH, l’hydroxyde de calcium
entre également en solution. Les deux produits
réagissent et se précipitent sous la forme de
carbonate de calcium.
L’humidité relative du milieu environnant qui
détermine la teneur en eau du béton est un
paramètre fondamental. En effet, pour que le
processus se poursuive, il faut un apport de
dioxyde de carbone frais. Or, la diffusion du
dioxyde se déroule 10.000 fois plus rapidement
dans l’air que dans l’eau. L’humidité relative
doit donc être suffisamment faible pour que
la diffusion du gaz carbonique soit possible
mais elle doit aussi être suffisamment
importante pour que la réaction de carbonatation proprement dite, qui ne peut être réalisée
qu’en phase aqueuse, puisse avoir lieu.
La vitesse de carbonatation diminue avec le
temps. Au fur et à mesure que la zone de carbonatation (front de carbonatation) progresse, le
carbonate de calcium formé colmate progressivement les pores du béton. Le CO2 doit parcourir une
distance plus longue pour trouver les substances
alcalines, et dès lors, le processus se ralentit.
La carbonatation est maximale lorsque l’humidité
relative se situe entre 40 et 70 %, elle diminue,
ensuite, rapidement. La figure 2 donne l’ordre
de grandeur de la profondeur de carbonatation à laquelle on peut s’attendre en fonction du
rapport E/C du béton. Attention, avec un béton
mal réalisé, à forte porosité, des profondeurs de
carbonatation importantes (30 à 40 mm) sont
observées.
Un béton constamment immergé dans l’eau ne
présentera pour ainsi dire aucune carbonatation ;
la résistance de l’eau à la diffusion du dioxyde de
carbone est trop élevée.
Un béton exposé à un climat intérieur normal
présentera une carbonatation rapide mais très
superficielle par manque d’eau.
En ce qui concerne un béton exposé à un climat
extérieur, il faut faire la distinction entre les
situations où le béton est, soit abrité de la pluie,
soit exposé à celle-ci. Pour la situation extérieure
et non abritée, les pores sont régulièrement
remplis d’eau, ce qui rend l’apport de dioxyde de
carbone plus difficile. Pour la situation extérieure
abritée, par contre, le processus de carbonatation
se déroule plus rapidement, étant donné que les
pores sont rarement saturés.
A noter que les silicates (CSH) et les aluminates
(CAH) hydratés, ainsi que les composés du clinker
sont aussi susceptibles de réagir avec le dioxyde
de carbone pour former du carbonate de calcium.
Figure 1 - Processus
de carbonatation
Figure 2 - Incidence de l’humidité relative de
l’air sur la profondeur de carbonatation
(courbe 1 : E/C = 0,60 ; courbe 2 : E/C = 0,80)
Source : Université d’Hanovre
4 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
b. Processus de corrosion
(phase de propagation)
Dans le béton non armé, la carbonatation n’a
pas d’influence négative sur la durabilité. Au
contraire, la formation de CaCO3 insoluble fait
diminuer la porosité.
Pour le béton armé, la carbonatation peut être
néfaste par l’abaissement du pH. En effet, les
substances alcalines disparaissent progressivement et l’acier n’est plus protégé. On dit
qu’il n’est plus passivé.
La question qui se pose alors est de savoir si
l’acier va se corroder et, dans l’affirmative, à
quelle vitesse. L’acier ne peut se corroder que
s’il est mis simultanément en présence d’eau
et d’oxygène (figure 3).
Figure 3 - Corrosion initiée par la carbonatation
Il existe une relation entre la vitesse de corrosion
et l’humidité relative dans le béton carbonaté.
L’expérience montre que la corrosion est le plus
à craindre lorsque l’armature est régulièrement
«humidifiée» (couverte d’eau) et que l’oxygène
peut facilement pénétrer jusqu’à l’armature.
Figure 4 - Profil
d’humidité et front
de carbonatation
Dans un béton carbonaté, la probabilité d’une
formation de rouille dépend donc des caractéristiques de l’environnement. Les armatures
d’un béton exposé à un climat intérieur normal
ne rouillent pas par manque d’eau. Pour les
armatures d’un béton exposé à l’extérieur, la
distinction doit être faite entre les 3 situations
suivantes qui dépendent du profil d’humidité et
du front de carbonatation.
• Présence d’armatures dans la zone carbonatée
et plus particulièrement dans la zone
soumise à des variations d’humidité (zone
où s’alternent des phases de mouillage et
de séchage – zone A, figure 4 – Cette zone
s’étend sur les 15 à 20 premiers millimètres à
compter à partir de la surface du béton). Dans
ce cas, l’armature va se corroder. Le fait que le
béton soit abrité ou non détermine la vitesse
de corrosion. La rouille se produira plus vite
dans un endroit abrité (par exemple la face
inférieure d’un balcon), car, dans pareil cas,
l’oxygène pénètre relativement facilement
dans les pores qui ne sont que partiellement
remplis d’eau (figure 5-5). La rouille progresse
lentement et uniformément.
• Présence d’armatures dans la zone
carbonatée mais en dehors de la zone
sujette aux variations d’humidité (zone B,
figure 4). Dans une telle situation, la corrosion
peut se produire lorsqu’il y a suffisamment
d’humidité et d’oxygène. L’étude de cas
pratiques démontre que la probabilité que
cela se produise est plutôt faible. Dans la
majorité des cas, il ne faut pas s’attendre à une
détérioration notable due à la rouille pendant
la durée d’existence de la construction.
• Présence d’armatures dans la zone non
carbonatée (zone C, figure 4). Aucun danger
de corrosion.
5 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
On notera que la corrosion initiée par la
carbonatation est une corrosion généralisée
de l’acier se traduisant par une diminution
progressive de la section des armatures.
L’accumulation des produits de corrosion
volumineux au niveau des armatures génère
des gonflements et fait alors éclater le béton
d’enrobage (formation d’épaufrures sur les
ouvrages).
MESURE DE LA
PROFONDEUR
DE CARBONATATION
La carbonatation du béton
s’accompagne d’une diminution du pH.
Afin de mesurer la profondeur de
carbonatation, la profondeur à laquelle
le pH atteint une valeur de l’ordre de 9
est mesurée. La technique la plus simple
est le test à la phénolphtaléine qui
consiste à examiner, quelques instants
après pulvérisation, le changement
de couleur de cet indicateur coloré
(violet) en fonction du pH. Dans
les zones carbonatées, l’indicateur
devient incolore. Le virage de la
phénolphtaléine est représentatif d’une
zone de pH de l’ordre de 9,5. La mesure
de la profondeur de carbonatation
s’effectue de manière normalisée
en faisant la moyenne des valeurs
mesurées en différents points. Cette
méthode est définie dans la norme
NBN EN 14630.
Figure 5 - Les probabilités d’une corrosion initiée
par la carbonatation dépendent de l’environnement.
Elles sont bien moindres sous le niveau du sol (1) ou
photo labo CRIC
à l’intérieur (2 et 3) qu’à l’extérieur. A l’extérieur, le
risque d’une corrosion croît là où l’élément en béton est
protégé (5) de la pluie (par exemple sous un balcon) et
diminue là où le béton est soumis aux intempéries (4).
6 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
1.2. La corrosion initiée
par les chlorures
Des ions chlorures véhiculés par l’eau peuvent
être présents dans le béton : ils peuvent être
présents dans les composants du béton (granulats
marins, …), être incorporés au moment du
malaxage (adjuvants accélérateurs de prise
chlorés, …) ou encore pénétrer dans l’ouvrage
au fil du temps par diffusion à partir du milieu
extérieur (eau de mer, sels de déverglaçage, …).
A partir d’une teneur critique en chlorures, une
armature peut se corroder localement pour
autant qu’elle soit mise en présence d’eau et
d’oxygène : des cratères de faible dimension
affectent l’acier et s’agrandissent progressivement (figure 6). En effet, les ions Cl- réagissent
avec les ions Fe++ pour former du chlorure de fer.
Celui-ci consomme les ions hydroxyle, migre et
s’oxyde plus loin en déposant de la rouille. De là,
les tâches de rouille en surface du béton, typiques
d’une corrosion par les chlorures. Les réactions se
déroulent comme suit :
Fe++ + Cl- → FeCl2 (chlorure de fer)
FeCl2 + 2OH- → Fe(OH)2 + 2Cl-
indirect avec la carbonatation. La corrosion
peut se produire dans un béton carbonaté à des
teneurs en chlorures plus faibles que pour un
béton non carbonaté.
Un rapport [Cl-]libre/[OH-] compris entre 0,6
et 1 conduit généralement à une concentration «critique» en ions chlorure totaux de
l’ordre de 0,4 % de la masse de ciment pour un
béton non carbonaté et donc à des concentrations «critiques» comprises entre 0,04 et 0,1 %
par rapport à la masse de béton suivant la
formulation.
CHLORURES LIBRES ET CHLORURES TOTAUX
- Les chlorures libres se trouvent sous forme ionique dans la
solution interstitielle. Ils sont extractibles à l’eau et sont de ce
fait appelés également «chlorures solubles dans l’eau».
- Les chlorures totaux incluent, outre les précédents, ceux
fortement adsorbés sur les C-S-H et ceux chimiquement liés
dans la matrice cimentaire sous forme de composés tels que
les chloroaluminates de calcium.
Seuls les chlorures libres peuvent diffuser et jouer un rôle actif
dans le processus de dépassivation et de corrosion des armatures.
Fe(OH)2 + O2 → rouille
On constate donc que les ions chlore, Cl-, sont
recyclés, ce qui explique que la rouille ne contient
pas de chlorures, même si des chlorures ferreux
sont formés lors des étapes intermédiaires de la
réaction. Ainsi, cette corrosion est susceptible de
continuer au même endroit. La corrosion initiée
par les chlorures est donc une corrosion localisée
par piqûres de l’acier. Elle est extrêmement
dangereuse car elle entraîne une réduction locale
de la section d’armature. Lorsque celle-ci devient
trop petite, elle se rompra brusquement, ce qui
peut avoir des conséquences désastreuses.
En ce qui concerne la teneur critique en chlores,
on a constaté qu’il n’existe pas de valeur limite
unique. La corrosion des armatures s’amorce dès
que la teneur en ions chlorures au niveau des
armatures atteint un certain seuil de dépassivation. Ce seuil peut varier en fonction de nombreux
facteurs (cation associé aux chlorures, teneur en
oxygène, humidité relative, température, degré
d’hydratation du ciment, teneur en C3A, porosité,
ajouts, composition de l’acier, …). Toutefois, un
rapport [Cl-]libre/[OH-] égal à 0,6 est souvent
admis. Cette seule teneur en chlorures limite est
insuffisante pour déterminer si la corrosion aura
lieu. Comme elle dépend du pH, il y a un rapport
Figure 6 - Corrosion initiée par des chlorures
7 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
2. Prévention
La probabilité d’une dégradation due à une corrosion initiée par la carbonatation diminue au fur
et à mesure que :
• le front de carbonatation met plus de temps pour atteindre l’armature. Cela implique un apport
lent en CO2 et en humidité et, par conséquent, une faible porosité du béton. D’une part, le facteur
E/C du béton recouvrant les armatures doit donc être faible (< 0,55 voire 0,50), la teneur en ciment
suffisante (≥ 340 kg par m3 de béton) et la mise en œuvre optimale (diamètre maximal des grains
en rapport avec l’enrobage des armatures, vibration, etc.). D’autre part, l’épaisseur d’enrobage doit
également être suffisante.
• la phase de propagation est plus longue. Cela s’obtient en limitant l’apport d’eau et d’oxygène
(donc par une faible porosité) et par un parcours aussi long que possible (donc par une épaisseur
d’enrobage suffisante).
A noter que la qualité du béton d’enrobage dépend directement des conditions de cure puisque le
ciment cesse pratiquement de s’hydrater si l’humidité relative interne descend au-dessous de
80 %. C’est pourquoi la réduction des temps de cure accroît de façon significative la profondeur
de carbonatation.
De même, la corrosion initiée par les chlorures a une probabilité moindre de donner lieu à des
dégâts en limitant au maximum la quantité d’ions chlore introduit lors du malaxage du béton et
la pénétration des ions chlore et de l’oxygène. Les paramètres importants sont aussi la qualité du
béton (faible rapport E/C, teneur suffisante en ciment, mise en œuvre optimale) et l’enrobage. De
plus, la norme NBN EN 206-1:2001 stipule que le chlorure de calcium et les adjuvants contenant des
chlorures ne peuvent pas être additionnés au béton comportant des armatures, des armatures de
précontrainte ou d’autres parties métalliques.
2.1 La qualité du béton
La norme NBN EN 206-1:2001 définit quatre
classes d’exposition concernant la corrosion
initiée par la carbonatation désignée par XC. Selon
que le béton est constamment sec ou humide
(XC1), rarement sec (XC2), modérément humide
(XC3) ou alternativement humide et sec (XC4),
les exigences de durabilité sont plus rigoureuses.
En ce qui concerne la corrosion initiée par les
chlorures, la NBN EN 206-1 définit 6 classes d’exposition. Trois classes, désignées par XS, ont trait
à des chlorures présents dans l’eau de mer et l’eau
saumâtre : béton exposé à l’air véhiculant du sel
marin, mais pas en contact direct avec l’eau de
mer (XS1), béton immergé en permanence dans
l’eau (XS2) et béton en zones de marées ou zones
soumises à des projections ou des embruns (XS3).
Trois classes, désignées par XD, concernent des
chlorures ayant une autre origine, comme les
sels de déverglaçage, les solutions contenant des
chlorures, etc. : béton modérément humide (XD1),
béton humide, rarement sec (XD2) et béton alternativement humide et sec (XD3). Les exigences de
durabilité sont les plus rigoureuses pour le béton
qui est alternativement humide ou sec.
Le complément national belge à la NBN EN 206-1,
la norme NBN B15-001:2004 considère, quant à
elle, un certain nombre d’environnements-types
courants en Belgique. Ces classes d’environnement sont indissociables des classes d’exposition
de la norme NBN EN 206-1. Le tableau 1 ci-après
définit les classes d’environnement et les classes
d’exposition correspondantes qui permettent de
prescrire les exigences de durabilité des bétons
armés en termes de corrosion des armatures. Les
exigences de durabilité sont traduites en types de
béton. Un type de béton est défini par le rapport
E/C maximal du béton, le dosage minimal en
ciment et la classe de résistance minimale.
Le tableau 2 donne les types de béton relatifs
à la corrosion des armatures et les exigences
minimales de durabilité correspondantes.
Etant donné que des chlorures peuvent être
introduits dans le béton lors de la confection du
béton, la NBN EN 206-1:2001 définit des classes
de teneurs en chlorures. Celles-ci sont désignées
par ‘Cl’ suivi d’un nombre renvoyant à la teneur
maximum admissible en ions chlores, calculée
par rapport à la masse de ciment dans le béton. La
NBN B 15-001:2004 donne les classes de teneurs
en chlorures applicables dans le contexte belge
(tableau 3) Lors de la spécification d’un béton, le
prescripteur désignera le domaine d’utilisation
du béton : béton non armé (BNA), béton armé (BA)
ou béton précontraint (BP), la teneur maximale
autorisée en ions chlore est ainsi implicitement
définie.
8 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
Classes d’environnement
Classes d’exposition
des bétons armés (BA)
et précontraints (BP)
Classe
Description
Exemples
EI
Application intérieure
Parois intérieures des habitations
ou de bureaux
XC1
EE
Application extérieure
EE1
Pas de gel
Fondations sous le niveau de gel
XC2
EE2
Gel, mais pas de contact avec
la pluie
Garages ouverts couverts, vides
sanitaires, passages ouverts dans
un bâtiment
XC3
EE3
Gel et contact avec la pluie
Murs extérieurs exposés à la pluie
XC4
EE4
Gel et agents de déverglaçage
(présence d’eau contenant
des agents de déverglaçage
provenant soit de sa fonte sur
place, soit de projections, soit
de ruissellements)
Eléments d’infrastructures
routières
ES
Environnement marin
Tableau 1 – Classes
d’environnement et
d’exposition des bétons
relatives à la corrosion
des armatures
A noter qu’il existe des
classes d’environnement
et d’exposition
supplémentaires mais
celles-ci ne concernent
XC4, XD3
pas la corrosion des
bétons armés.
Pas de contact avec de l’eau de mer, mais bien avec de l’air marin
jusqu’à 3 km de la côte et/ou avec de l’eau saumâtre (1)
ES1
Pas de gel
Fondations sous le niveau de gel
exposées à de l’eau saumâtre
XC2, XS2
ES2
Gel
Murs extérieurs de bâtiments
exposés à la pluie en zone côtière
XC4, XS1
Contact avec de l’eau de mer
ES3
Eléments immergés
XC1, XS2
ES4
Eléments exposés aux marées
et aux éclaboussures
Murs de quais
XC4, XS3
(1)
Les eaux saumâtres se rencontrent en particulier dans la région côtière, les polders de la région de Dixmude, certains polders de Flandre
orientale et aux alentours du port d’Anvers. La cote altimétrique de 6 m est acceptée comme limite pour ces zones.
Types de béton
T(0,65)
T(0,60)
T(0,55)
T(0,50)
T(0,45)
XC1
XC2
XC3
XC4
XD1
XD2
XS1
XS2*
XD3
XS2*
XS3
Classes d’exposition
Classes d’environnement (BA ou BP)
Rapport maximal eau/ciment
3
Dosage minimal en ciment (kg/m )
Classe de résistance minimale
Tableau 2 – Types de
béton et exigences
de durabilité
correspondantes selon
la norme
EI
EE1
EE2
EE3
ES1
ES2
EE4
ES3
ES4
0,65
0,60
0,55
0,50
0,45
260
280
300
320
340
C16/20
C20/25
C25/30
C30/37
C35/45
NBN B15-001:2004
XS2* : T(0,50) pour les bétons immergés dans des eaux saumâtres
Domaine d’utilisation
Classe
de chlorures
Teneur maximale
en Cl- en % de la
masse de ciment (*)
Cl 1,0
1,0 %
Béton non
armé (BNA)
Béton qui ne comporte pas
d’armature ni d’autres parties
métalliques
Béton armé
(BA)
Béton comportant des armatures ou
d’autres parties métalliques
Cl 0,40
0,40 %
Béton
précontraint
(BP)
Béton avec armature de
précontrainte
Cl 0,20
0,20 %
(*) en cas d’utilisation d’additions de type II : en % de la somme de la masse de ciment et des additions
9 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
Tableau 3 – Domaine
d’utilisation et teneur
maximale en chlorures
du béton selon la norme
NBN B 15-001:2004
2.2 L’enrobage des armatures
Pour tous les bétons armés avec des armatures
classiques, la compacité et l’épaisseur du béton
d’enrobage (distance entre le nu de l’armature
et la surface de béton la plus proche) doivent
être proportionnelles aux risques potentiels de
corrosion, fonction de la classe d’exposition ou
d’environnement. L’enrobage et la compacité
ont un impact immédiat sur la durée de la
phase d’initiation et du développement de la
corrosion des armatures.
A titre d’exemple, il est couramment reconnu
que l’augmentation de l’enrobage minimal
d’une valeur de 10 mm permet de porter
la durée de service de l’ouvrage de 50 ans
à 100 ans. L’enrobage est défini dans la
norme NBN EN 1992-1-1:2005 (Eurocode 2)
et son Annexe Nationale. Il doit satisfaire en
particulier aux exigences de bonnes transmissions des forces d’adhérences et aux conditions
d’environnement. L’Eurocode 2 prévoit aussi
la possibilité de réduire l’enrobage quand la
résistance du béton atteint un niveau spécifié.
• Une distinction doit tout d’abord être faite
entre l’enrobage nominal et minimal.
L’enrobage nominal (c nom) est mentionné
sur les plans et correspond à la hauteur des
écarteurs des armatures. Il est défini comme
l’enrobage minimal (c min) majoré d’une
tolérance (Δcdev) nécessaire pour tenir compte
de certains écarts dimensionnels dont il est
difficile de se prémunir (défaut de rectitude
des armatures, déplacements liés au mode de
mise en place du béton, ...).
cnom = cmin + Δcdev
• L’enrobage minimal (c min ) n’est jamais
inférieur à 10 mm et est la valeur maximale :
• de cmin, b : enrobage minimal vis-à-vis des
exigences d’adhérence ;
• de cmin, dur + Δcdur, g - Δcdur, st - Δcdur, add avec :
pcmin, dur : enrobage minimal vis-à-vis des
conditions d’environnement ;
pΔcdur, g : marge de sécurité
(la valeur Δcdur, g = 0 mm est normative) ;
pΔcdur, st : réduction de l’enrobage en cas
d’utilisation d’aciers dont la résistance
à la corrosion est éprouvée (certains
a c i e r s i n ox yd a b le s p a r e x e mp le )
(la valeur Δcdur, st = 0 mm est à utiliser
sauf justification spéciale – voir article
4.4.1.2 (7) de l’Annexe Nationale) ;
pΔcdur, add : réduction de l’enrobage dans le
cas de protection supplémentaire comme
un revêtement par exemple (la valeur
Δcdur, add = 0 mm est normative).
Pour les exigences vis-à-vis de l’adhérence
béton/armature, cmin, b, est égal :
• au diamètre de la barre dans le cas d’une
armature individuelle ;
• au diamètre équivalent dans le cas d’un
groupe d’armatures
et est majoré de 5 mm si le diamètre du plus
gros granulat du béton est supérieur à 32 mm.
Dans le cas d’enrobage d’armatures de précontrainte, les valeurs de cmin, b sont égales à 2 fois
le diamètre du toron ou du fil lisse et 3 fois le
diamètre du fil cranté.
Pour chaque classe d’exposition, l’enrobage
minimal (cmin, dur) est mentionné en tenant
compte de la durée de vie escomptée des
constructions. La durée de vie escomptée est
divisée en ‘classes structurales’, désignées par
un chiffre. Plus le chiffre est bas, plus la durée
de vie escomptée de la construction est basse
et plus le cmin, dur requis est faible. La classe
S4 correspond à une durée de vie escomptée
de 50 ans.
Les tableaux 4 et 5 donnent les valeurs de
cmin, dur respectivement pour le béton armé et
le béton précontraint. Les valeurs minimales
pour la classe structurale S4 sont recommandées. A partir d’une classe de résistance à la
compression minimale supérieure donnée, il
est possible de prendre une classe structurale
plus basse d’une unité. Pour une durée de vie
de 100 ans, il est nécessaire d’augmenter la
classe structurelle de 2. Le tableau 6 détaille
ces considérations.
A noter que pour le béton armé ou précontraint exposé à un environnement chimiquement agressif (classes XA et EA), la plus grande
valeur cmin,dur exigée pour les autres classes
d’exposition et d’environnement auxquelles
le béton est exposé est d’application.
De plus, un enrobage minimum est nécessaire
pour des structures spécifiées avec une
résistance au feu. De plus amples informations à ce sujet sont données dans la
NBN EN 1992 1-2:2005.
10 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
Classe structurale
Classes d’exposition et d’environnement
XC1
XC2, XC3
XC4
XD1, XS1
XD2, XS2
XD3, XS3
EI
EE1, EE2
EE3
ES2
ES1, ES3
EE4, ES4
S1
10
10
15
20
25
30
S2
10
15
20
25
30
35
S3
10
20
25
30
35
40
S4
15
25
30
35
40
45
S5
20
30
35
40
45
50
S6
25
35
40
45
50
55
Classe structurale
Classes d’exposition et d’environnement
XC1
XC2, XC3
XC4
XD1, XS1
XD2, XS2
XD3, XS3
EI
EE1, EE2
EE3
ES2
ES1, ES3
EE4, ES4
S1
15
20
25
30
35
40
S2
15
25
30
35
40
45
S3
20
30
35
40
45
50
S4
25
35
40
45
50
55
S5
30
40
45
50
55
60
S6
35
45
50
55
60
65
Critère (1)
Classes d’exposition et d’environnement
XC1
XC2, XC3
XC4
EI
EE1, EE2
EE3
Durée d’utilisation
de projet de 100
ans
majoration
de 2 classes
majoration
de 2 classes
majoration
de 2 classes
Classe de
résistance
≥ C30/37
minoration
de 1 classe
≥ C35/45
minoration
de 1 classe
Elément
préfabriqué
assimilable à
une dalle et coulé
horizontalement
(2)(3)
minoration
de 1 classe
Elément
préfabriqué
avec maîtrise
particulière de
la qualité de
production (2)
minoration
de 1 classe
XD1
XD2, XS1
XD3, XS2,
XS3
ES1, ES2
ES3, EE4,
ES4
majoration
de 2 classes
majoration
de 2 classes
majoration
de 2 classes
≥ C40/50
minoration
de 1 classe
≥ C40/50
minoration
de 1 classe
≥ C40/50
minoration
de 1 classe
≥ C45/55
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
minoration
de 1 classe
(1) Les minorations de classe suivant les différents critères sont cumulables
(2) La minoration n’est possible que dans le cas où les 3 conditions ci-dessous sont remplies simultanément :
• le système d’assurance qualité et l’autocontrôle industriel sont en conformité avec le § 6 de la
NBN EN 13369:2004 et sont évalués par une tierce partie et sous sa surveillance continue ;
• la validation par tierce partie de la procédure et des modalités pratiques d’application
du § 4.2.1.3. de la NBN EN 13369:2004 (cure – protection contre la dessiccation) ;
• le système d’assurance qualité et l’autocontrôle industriel incluent des mesures de
l’enrobage des armatures et le rejet des éléments non conformes.
(3) Il peut s’agir d’une partie de l’élément préfabriqué,
11 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
Tableau 4 – Valeurs de
l’enrobage minimal
cmin, dur (mm) requis
vis-à-vis de la
durabilité dans le cas
des armatures d’un
béton armé (selon
prNBN EN 1992-1-1ANB:2007, en cours
d’adaptation)
Tableau 5 – Valeurs
de l’enrobage
minimal cmin, dur (mm)
requis vis-à-vis de
la durabilité dans le
cas des armatures de
précontrainte (selon
prNBN EN 1992-1-1ANB:2007, en cours
d’adaptation)
Tableau 6 –
Modification de la
classe structurale
L’enrobage minimal doit être majoré pour
tenir compte des tolérances pour écart
d’exécution (Δcdev) :
Δcdev = 10 mm
Selon la NBN EN 1992-1-1:2005, il peut être
dérogé de cette valeur selon le système de
contrôle de qualité sur le chantier.
• Si ce système de contrôle qualité comporte
le contrôle des dimensions de l’enrobage des
armatures, il est possible de réduire la marge
de calcul pour tolérance d’exécution Δcdev de
telle sorte que 10 mm ≥ Δcdev ≥ 5 mm.
• Pour des éléments préfabriqués, la tolérance
d’exécution Δcdev peut être diminuée de
telle sorte que 10 mm ≥ Δcdev ≥ 0 mm. Cette
diminution ne peut être appliquée que si
les trois conditions ci-dessous sont remplies
simultanément :
-- le système d’assurance qualité et
l’autocontrôle industriel sont évalués par
une tierce partie et sous sa surveillance
continue ;
-- le système d’assurance qualité et
l’autocontrôle industriel incluent des
mesures de l’enrobage des armatures et
rejettent les éléments non conformes ;
-- des dispositions appropriées et approuvées
par la tierce partie sont mises en œuvre au
cours de la production afin de garantir que
la tolérance déclarée par le producteur n’est
pas dépassée.
Dans le cas d’un béton coulé au contact de
surfaces irrégulières, il convient encore de
majorer l’enrobage en prenant une marge
plus importante. Il convient de choisir une
majoration en rapport avec la différence
causée par l’irrégularité. L’enrobage nominal
(cnom) devant être au moins égal à 40 mm pour
un béton coulé au contact d’un sol ayant reçu
une préparation (y compris béton de propreté)
et 75 mm pour un béton coulé au contact
direct du sol.
Il convient également de majorer d’au moins
5 mm l’enrobage minimal des armatures
pour toute surface présentant des irrégularités, telle que surface striée ou béton à
granulats apparents (béton dénudé), afin de
tenir compte de l’irrégularité de la surface.
photos PHA
12 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
ENROBAgE DES ARMATURES DES ELEMENTS PREFABRIQUES EN BETON
Les usines de préfabrication offrent des possibilités techniques de production particulières
en matière de caractéristiques de durabilité du
béton. Il est donc logique que les spécifications
valorisent ces possibilités. Les spécifications
techniques pour les éléments préfabriqués
en béton et donc les enrobages minimum des
armatures font l’objet de la norme européenne
NBN EN 13369:2004 (règles communes pour
les produits préfabriqués en béton) ainsi que
de son complément national, actuellement
sous forme de projet, le projet de norme
prNBN B 21-600:2007.
De plus, certains produits préfabriqués ont
leur propre norme de référence et donc
leurs propres spécifications. Ces dernières
contiennent entre autre des prescriptions
d’enrobage minimum.
L’industrie du béton préfabriqué respecte
scrupuleusement les normes nationales et
internationales. Le prescripteur peut donc
être certain que s’il prescrit un élément
préfabriqué en béton avec sa norme
correspondante parallèlement à une
classe d’environnement, l’élément fourni
présentera des caractéristiques d’enrobage
normalisées et conformes.
Le site www.febe.be - menu produits,
indique, pour chaque type de produit, la
norme de référence à prescrire. Dans le cas
où il n’y a pas de norme pertinente pour
le produit à prescrire, il y a lieu d’exiger
le respect des spécifications communes
de la norme NBN EN 13369:2004 et de son
complément national.
* L’enrobage selon la NBN EN 13369:2004 est de 5 mm plus faible que celui prescrit dans la norme
NBN EN 1992-1-1 ainsi que dans son annexe nationale belge (classe structurale S4) mais la qualité de la
production du béton est, ici, maîtrisée et contrôlée dans le cadre de la marque BENOR.
13 Technologie | lA coRRoSion DeS ARMATUReS DeS BÉTonS ARMÉS eT PRÉconTRAinTS
Exemples de calcul de l’épaisseur d’enrobage
1. Voile en contact avec des sels de déverglaçage
Soit un voile en béton armé avec une double nappe
d’armatures de 12 mm de diamètre et soumis à la
projection de sels de déverglaçage. Le béton est de classe
de résistance C35/45. Il n’y a pas de système d’assurance
qualité ou d’autocontrôle incluant des mesures de
l’enrobage des armatures. La durée d’utilisation projetée
est de 50 ans.
cnom = cmin + Δcdev
c min est supérieur ou égal à 10 mm et est la valeur
maximale :
• c min, b (enrobage minimal vis-à-vis des exigences
d’adhérence), cmin, b est égal au diamètre de la barre
dans le cas d’une armature individuelle ou au diamètre
équivalent dans le cas d’un groupe d’armatures et est
majoré de 5 mm si le diamètre du plus gros granulat du
béton est supérieur à 32 mm.
⇒ cmin, b = 12 mm
• cmin, dur + Δcdur, g - Δcdur, st - Δcdur, add avec :
-- cmin, dur : enrobage minimal vis-à-vis des conditions
d’environnement
(EE4 : gel et contact avec la pluie
⇒ tableaux 4 et 6, classe structurale S4,
cmin, dur = 45 mm) ;
-- Δcdur, g : marge de sécurité (Δcdur, g = 0 mm);
-- Δcdur, st : réduction de l’enrobage en cas
d’aciers inoxydables (Δcdur, st = 0 mm);
-- Δcdur, add : réduction de l’enrobage dans le cas
de protection supplémentaire comme un
revêtement par exemple (Δcdur, add = 0 mm).
⇒ cmin = 45 mm
Il n’y a pas de système de contrôle de qualité sur le
chantier → Δcdev = 10 mm
⇒ cnom = 55 mm
photo PHA
14 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
Exemples de calcul de l’épaisseur d’enrobage
2. Dalle de sol d’une zone de stockage de
produits chimiquement agressifs
Soit une dalle de sol pour un silo à maïs coulée
directement sur le terrain naturel après enlèvement
des terres végétales. Le béton est prescrit de la manière
suivante :
• béton conforme aux normes NBN EN 206-1 et
NBN B15-001 ;
• classe de résistance : C35/45 ;
• classes d’environnement : EE3 et EA3 ;
• classe de consistance : S3 ;
• diamètre maximal du granulat : 20 mm ;
• exigences complémentaires : minimum 375 kg de ciment
LA par m3 de béton.
L’armature utilisée est un treillis à maille carrée de
100 mm de côté et de 8 mm de diamètre.
cnom = cmin + Δcdev
c min est supérieur ou égal à 10 mm et est la valeur
maximale :
• c min, b (enrobage minimal vis-à-vis des exigences
d’adhérence), cmin, b est égal au diamètre de la barre
dans le cas d’une armature individuelle ou au diamètre
équivalent dans le cas d’un groupe d’armatures et est
majoré de 5 mm si le diamètre du plus gros granulat du
béton est supérieur à 32 mm.
⇒ cmin, b = 8 mm
• cmin, dur + Δcdur, g - Δcdur, st - Δcdur, add avec :
-- cmin, dur : enrobage minimal vis-à-vis des conditions
d’environnement (EE3 : gel et contact avec la pluie
⇒ tableaux 4 et 6, classe structurale S4;
cmin, dur = 30 mm) ;
EA3 : environnement à forte agressivité chimique
= attaque acide du béton ⇒ aucune incidence sur
les armatures et l’enrobage;
béton coulé horizontalement mais non préfabriqué
⇒ pas de minoration de 1 classe,
-- Δcdur, g : marge de sécurité (Δcdur, g = 0 mm);
-- Δcdur, st : réduction de l’enrobage en cas
d’aciers inoxydables (Δcdur, st = 0 mm) ;
-- Δcdur, add : réduction de l’enrobage dans le cas
de protection supplémentaire comme un
revêtement par exemple (Δcdur, add = 0 mm).
⇒ cmin = 30 mm
Il n’y a pas de système de contrôle de qualité sur le
chantier ⇒ Δcdev = 10 mm
⇒c nom = 40 mm pour l’enrobage supérieur, mais
l’enrobage inférieur est de 75 mm puisque le béton
est coulé directement sur le sol
photo CLP
15 Technologie | LA CORROSION DES ARMATURES DES BÉTONS ARMÉS ET PRÉCONTRAINTS
T-1
Ce bulletin est publié par :
FEBELCEM
Fédération de l’Industrie Cimentière Belge
Boulevard du Souverain 68 - 1170 Bruxelles
tél. 02 645 52 11 – fax 02 640 06 70
www.febelcem.be
[email protected]
Auteur :
Ir C. Ployaert
Dépôt légal :
D/2009/0280/03
Ed. resp.: A. Jasienski
BIBLIOGRAPHIE
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bétons, Paris : Eyrolles, 2000
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GROUPEMENT BELGE DU BETON
(GBB), 4e édition, 2006
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des Ponts et Chaussées, 2008
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Gauthier-Villars & Cie Editeur, 1963
[5] NBN B 15-001:2004 : Supplément à la
NBN EN 206-1:2001 - Béton – Partie 1 :
Spécification, performances, production
et conformité, Bruxelles : NBN, 2004
[6] NBN EN 206-1:2001 : Béton – Partie 1 :
Spécification, performances, production
et conformité, Bruxelles : NBN, 2001
[7] NBN EN 1992-1-1:2005 : Eurocode 2 :
Calculs des structures en béton- Partie
1-1 : Règles générales et règles pour
les bâtiments, Bruxelles : NBN, 2005
[8] prEN 1992-1-1–ANB:2007 - Eurocode 2 :
Calculs des structures en béton- Partie
1-1 : Règles générales et règles pour
les bâtiments, Bruxelles : NBN, 2007
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outdoor exposure, Rilem Seminar on the
durability of concrete structures under
normal outdoor exposure, Hanovre, 1984
[11] Inzicht in duurzaamheid van beton,
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[12] NBN EN 14630:2007 : Produits et
systèmes pour la protection et la
réparation des structures en béton,
Méthodes d’essais – Mesurage de
la profondeur de carbonatation
d’un béton armé par la méthode,
phénolphtaléine, Bruxelles : NBN, 2007
[13] NBN EN 13369:2004 : Règles communes
pour les produits préfabriqués en
béton, Bruxelles : NBN, 2004
[14] NBN B 21-600:2008 : Règles
communes pour les produits
préfabriqués en béton – Complément
national à la NBN EN 13369:2004,
Bruxelles : NBN, 2008